Меню

Замерзшая вода в реке



Почему даже в лютый мороз водоемы не промерзают полностью

Все дело в вертикальном перемешивании воды.

Почему даже в лютый мороз водоемы не промерзают полностью

Практически каждый из нас задавался вопросам, почему даже в условиях суровых зим водоемы никогда не промерзают полностью. Оказывается, воду зимой в реках и озерах «согревает», как ни странно, лед, сообщил телеканал «360». Он не пропускает холод и держит температуру в проруби в районе +4 градусов.

Именно такие температурные показатели воды важны для обитателей озер, рек и прудов. Рыбы «зимуют» на дне, где теплее. Кроме того, при +4 вода приобретает свою наибольшую плотность. Чем она холоднее, тем легче.

Осенью и в предзимье, когда температура воды выше +4 градусов, более холодная вода опускается вниз, а теплая поднимается наверх. Идет так называемое вертикальное перемешивание. Как только температура воздуха и воды начинает понижаться, перемешивание замедляется. Верхний слой становится холоднее, и на поверхности начинает появляться защитная ледяная корка, которая не пускает холодный воздух вниз.

По той же причине не замерзают океаны и моря. Дело еще и в соли, а также в их огромной площади и течениях. Исключение составляет Северный Ледовитый океан. Он оправдывает свое название и замерзает почти полностью. В некоторых местах толщина его льда доходит до пятидесяти метров. Ходят по нему только ледоколы.

Чтобы море полностью замерзло, нужны экстремальные условия — морозы около -30 градусов, которые бы стояли несколько месяцев. Последний раз такую картину наблюдали одесситы в 2012 году. Впервые за 30 лет черноморский курорт превратился в черноморский ледник.

Толщина льда водоемов в московском регионе сейчас составляет около 30 сантиметров. Как сообщает региональное МЧС, сплошной ледовый покров сохраняется на большинстве из них. Но все же осторожность не повредит, ведь лед — субстанция коварная.

Между тем, по мнению многих ученых, человечеству стоит ждать не глобального потепления, а ледникового периода. Метеорологи говорят о потеплении в связи с вмешательство человека в окружающую среду. Однако климатологи связывают изменения температуры с активностью Солнца. Читать далее>>

Источник

Замерзание

Все водные объекты по характеру ледового режима делятся на три большие группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом, незамерзающие. Водные объекты в условиях субантарктического и умеренного климата, как правило, зимой замерзают. На таких объектах выделяют три характерных периода:

  1. замерзания, или осенних ледовых явлений;
  2. ледостава;
  3. вскрытия, или весенних ледовых явлений.

Водные объекты в условиях субтропиков замерзают очень редко, а в условиях тропического субэкваториального и экваториального климата – вообще не замерзают.

Водные объекты замерзают при понижении температуры воды до так называемой температуры замерзания (или ледообразования). Для пресных вод она равна 0ºС. Для солоноватых и солёных вод Солоноватая вода имеет солёность от 1 до 25‰, солёная – от 25 до 50‰; воду с солёностью более 50‰ называют гиперсолёной или рассолом. Солёность – это содержание в воде растворенных минеральных веществ. Солёность выражают в г/кг, или ‰. – она ниже 0ºС. С увеличением солёности воды на 1‰ температура замерзания снижается на 0,054ºС.

Замерзание – это первый период ледовых явлений на водных объектах. Этот период включает: появление первичных ледяных образований, возникновение заберегов, осенний ледоход, сопровождающийся иногда заторами и зажорами. Заканчивается замерзание водного объекта (период осенних ледовых явлений) с образованием ледяного покрова (ледостава).

Переход среднесуточной температуры воздуха осенью через 0°С служит своеобразным «сигналом» приближающихся ледовых явлений на пресноводном водотоке или водоёме. Через некоторое время и температура воды снижается до 0°С, и начинаются ледовые явления.

Рассмотрим процесс замерзания на примере реки (см. Гидрологический режим). Начальная фаза осенних ледовых явлений на реке – сало, т.е. куски ледяной плёнки, состоящей из кристалликов льда в виде тонких игл. Сало обычно плывёт по реке в течение 3–8 дней. Почти одновременно у берегов, где скорости течения меньше, образуются забереги – узкие полоски неподвижного тонкого льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает образовываться внутриводный лёд – непрозрачная губчатая ледяная масса, состоящая из хаотически сросшихся кристалликов льда. Непременным условием образования внутриводного льда является переохлаждение речной воды и наличие в воде ядер кристаллизации (кристалликов льда, взвешенных минеральных частиц и т.д.). Внутриводный лёд, образующийся на неровностях речного дна, называют донным льдом.

Читайте также:  Название главной реки египта

Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще потока образуют шугу. Движение шуги по поверхности или в водной толще реки называется шугоходом. К шуге на поверхности реки иногда добавляется битый лёд, отрывающийся от заберегов, и снежура – скопления только что выпавшего на воду снега.

По мере дальнейшего охлаждения воды начинается образование льда непосредственно на водной поверхности реки вдали от берегов. В процессе образования льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. Начинается осенний ледоход. Он продолжается до установления на реке ледостава.

В одних и тех же климатических условиях замерзание водохранилищ и пресноводных озёр обычно начинается раньше, чем на реках и ручьях. Объясняется это тем, что на водотоках процесс замерзания и ледообразования сдерживается под влиянием движущейся воды.

Источник

Термический режим рек. Ледовые явления на реках и озерах

Поскольку температура воды в реке, как следует из анализа уравнения теплового баланса участка реки, реагирует на метеорологические факторы (изменения радиационного баланса, температуры воздуха), основная причина временных изменений температуры воды в реке – метеорологическая.

В условиях умеренного климата наиболее типичны сезонные изменения температуры воды в реках. Зимой под ледяным покровом вода у поверхности реки имеет температуру около 0 0 С. Весной в период повышения температуры воздуха и осенью в период ее понижения изменения температуры воды следуют с некоторым отставанием за изменениями температуры воздуха. Максимальная температура воды по величине меньше максимальной температуры воздуха и наступает несколько позже максимальной температуры воздуха. В связи с тем, что температура воды в реках, как правило, не может приобретать отрицательные значения (переохлаждение речных вод до отрицательных температур без замерзания иногда происходит в случае отсутствия ядер кристаллизации), средняя годовая температура воды в реках заметно выше, чем средняя годовая температура воздуха.

Помимо сезонных колебаний температура воды в реках испытывает и суточные изменения, которые также отстают от изменения температуры воздуха. Минимальная температура воды наблюдается обычно в утренние часы, максимальная – в 15 – 17 ч (максимум температуры воздуха обычно бывает на 1 – 2 ч раньше). На больших реках суточный ход температуры воды обычно более 1 – 2 0 С, на малых реках он может быть и выше. Суточные колебания температуры воды хорошо выражены на реках, берущих начало из ледников.

Температура речной воды имеет и пространственные изменения. Хорошо известно подчиняющееся широтной зональности изменение температуры воды вдоль крупных рек, текущих в меридиональном направлении. У таких рек наибольшее различие температуры воды вдоль реки отмечается в период нагревания. Для больших рек, текущих с юга на север, характерны большие контрасты между температурой воды и воздуха: летом нагревшаяся в южных широтах речная вода попадает в северных широтах в условия более холодного климата. Часто температура воды в реках изменяется ниже впадения крупных притоков. В летнее время существенно уменьшается температура воды в реках ниже водохранилищ, что объясняется поступлением в нижние бьефы гидроузлов глубинных вод из водохранилищ, имеющих пониженную температуру. Нередко температура воды в реках заметно возрастает в местах сброса отработанных вод промышленными предприятиями и тепловыми электростанциями. В таких случаях говорят о «тепловом загрязнении» речных вод.

Читайте также:  Нашу речку зовут лешкой решение

По ширине и глубине реки температура воды вследствие турбулентного перемешивания изменяется мало. На реках с быстрым течением различия в температуре в разных участках поперечного сечения потока обычно не превышают 0,1 0 С, на реках с медленным течением – 1 – 2 0 С. Однако иногда можно заметить различия в температуре воды на поверхности и у дна, на стрежне и у берегов. Летом у дна температура немного ниже, чем на поверхности, а у берегов выше, чем в середине реки. Осенью у берегов температура воды оказывается немного ниже, чем в остальной части поперечного сечения потока.

Вместе с текущими водами реки переносят и теплоту. Количество теплоты, переносимой речными водами за какой-либо интервал времени, называется тепловым стоком. Его можно рассчитать по формуле:

где WT – тепловой сток, Дж, за интервал времени — удельная теплоемкость воды; ρ – ее плотность; T – средняя температура воды; W – сток воды (м 3 ) за тот же интервал времени

Все реки по характеру ледового режима делятся на три большие группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом, незамерзающие. На замерзающих реках выделяют три характерных периода: 1) замерзания; 2) ледостава; 3) вскрытия.

Замерзание рек. Переход средней суточной температуры воздуха осенью через 0°С служит своеобразным «сигналом» приближаю­щихся ледовых явлений. Через некоторое время и температура воды снижается до 0°С, и начинаются ледовые явления.

Начальная фаза осенних ледовых явлений — сало, т. е. плыву­щие куски ледяной пленки, состоящей из кристалликов льда в виде тонких игл. Сало обычно плывет по реке в течение 3—8 дней. Почти одновременно у берегов, где скорости течения меньше, образуются забереги — узкие полоски неподвижного тонкого льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает образовываться внутриводный лед — непрозрачная губчатая ледяная масса, состоящая из хаотически сросшихся кристалликов льда. Внутриводный лед, образу­ющийся на неровностях речного дна, называют донным льдом. Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще потока образуют шугу. Движение шуги по поверхности или в толще реки называется шугоходом. К шуге на поверхности реки иногда добавляется битый лед, отрывающийся от заберегов, и снежура — скопления только что выпавшего на воду снега.

По мере охлаждения воды начинается образование льда непо­средственно на водной поверхности реки вдали от берегов. В процес­се образования льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. Начинается осенний ледоход. На больших реках он продолжается 10—12 дней, на малых —до 7 дней.

В период осеннего ледохода русло реки может оказаться забитым шугой и битым льдом. Закупорка русла этой ледяной массой называ­ется зажором. Образование зажора сопровождается подъемом уров­ня воды на вышерасположенном участке реки. Иногда осенний ледоход сопровождается затором, т. е. закупоркой русла плывущими льдинами.

Ледостав. По мере увеличения числа плывущих льдин и их размера скорость движения ледяных полей уменьшается, и сначала в местах сужения русла, у островов, в мелких рукавах, а затем и на остальных участках русла ледяные поля останавливаются и смерза­ются. Этому могут способствовать и заторы. Образуется сплошной ледяной покров — ледостав.

Некоторые участки реки могут в течение долгого времени, иногда в течение всей зимы, не замерзать. Такие участки называют полынь­ями; они часто бывают в местах с повышенными скоростями течения, например на порогах и быстринах, в нижних бьефах гидроузлов, в местах выхода в реку относительно теплых подземных вод и по­ступления промышленных и коммунальных стоков. Таким образом, происхождение полыньи может быть как динамическим, так и терми­ческим.

Толщина ледяного покрова на реках в течение зимы постепенно увеличивается.

Читайте также:  Название лена питание реки

Одним из наиболее простых способов оценки нарастания льда на реках служит установление эмпирической связи толщины льда с сум­мой отрицательных температур воздуха. Такую связь отражают, например, формулы Ф. И. Быдина:

; ,

где — толщина льда в см. В первой из этих формул используется средняя суточная, а во второй — средняя месячная температура воздуха. Необходимо отметить важную роль снежного покрова: чем его толщина больше, тем меньше толщина льда под снегом.

Вскрытие рек. С наступлением весны ледяной покров на реках начинает разрушаться. На этот процесс влияют солнечная радиация, поступление тепла из воздуха и с теплыми водами, механическое воздействие текущей талой воды.

Сначала начинает таять снег на льду. Талая снеговая вода ослабляет лед. У берегов реки под влиянием начавшегося нагрева­ния грунта и стекания со склонов талых вод, а также повышения уровня в реке образуются прибрежные полосы чистой воды — закраины.

Продолжающийся подъем уровня воды в реке вследствие поступ­ления в русло талых вод приводит лед в движение. Сначала это лишь небольшие (в несколько метров) смещения ледяных полей — под­вижки, а затем ослабленный ледяной покров разбивается на отдель­ные льдины и начинается весенний ледоход.

Заторы во время весеннего ледохода часто приводят к значитель­ному повышению уровней воды и даже к наводнениям.

Источник

Почему вода в реках и озерах не замерзает полностью зимой? (2 фото)

Что «согревает» воду в холода

Ученые выяснили, что на «согревание» воды влияет лед: именно он не пропускает холод и поддерживает в озере температуру на уровне +3-4 градусов по Цельсию. Этот процесс выглядит следующим образом: в предзимний период, когда температура опускается до указанного значения, более холодная вода опускается вниз, уступая свое место воде теплой. В этот момент происходит вертикальное перемешивание жидкости, которое замедляется с понижением показателей термометра. В итоге верхний слой становится холоднее, из-за чего на поверхности появляется ледяная корка, которая служит защитой и не пускает вниз холодный воздух.
Ученые отмечают, что по этой причине не замерзают моря и океаны – кроме Северного Ледовитого, который почти полностью «уходит в минус». Причем настолько, что в некоторых местах толщина льда достигает 50 метров.
Но чтобы море прям полностью замерзло, необходима постоянная, поддерживаемая на протяжении многих месяцев температура под минус 30 градусов. Конечно, такие ситуации иногда возникают. К примеру, в 2012 году одесситы увидели, как впервые за 30 лет черноморский курорт превратился в ледник.
Кстати, некоторые исследователи считают, что нам нужно опасаться не глобального потепления, а масштабного похолодания, чуть ли не вплоть до той ситуации, с которой однажды, как говорят ученые, столкнулись динозавры.

Вода, лед – а что между ними?

Интересный в свое время эксперимент поставили химики из американского Университета Юты. В ходе исследований они выяснили, при какой минимальной температуре вода (чисто теоретически) может оставаться жидкостью. Оказалось – при минус 48 градусов по Цельсию. Когда температура приближается к данному показателю, в жидкости начинаются быстрые структурные изменения: молекулы собираются по 4 штуки и образуют тетраэдры.
Ученые назвали данное состояние «промежуточным льдом»: это вроде бы не кристалл, но уже и не жидкость. Скорее, похоже на хаотический сбор неупорядоченных кристаллических ячеек. При указанной температуре тетраэдры образуют правильную решетку, вследствие чего лед промежуточный превращается в настоящий. При этом его плотность падает, но возрастают теплоемкость и сжимаемость. Хотя в других жидкостях последние характеристики, наоборот, падают с понижением температуры.
Американские химики решили, что во время перехода из жидкости в лед вода попадает в промежуточное состояние, после чего ее ячейки превращаются в идеальный кристалл.

Источник